專利名稱：分時段限電保護器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電子控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種限電保護器，尤其涉及一種分時段 限電保護器。
背景技術(shù)：
上海某高校宿舍樓曾發(fā)生火災事故，導致4名女生在逃生時墜樓身亡。經(jīng)消防部 門勘察，認定起火原因為學生使用“熱得快”引發(fā)電器故障，并引燃周圍可燃物所致。盡管 所有高校三令五申嚴禁在寢室里使用“熱得快、電熱毯”等違規(guī)電器，而且很多高校都責成 專人負責，進行嚴查、罰款，但使用違規(guī)電器的現(xiàn)象屢禁不止，學生不顧“血的教訓”，一次次 地懷著僥幸心理涉足“雷區(qū)”。導致慘劇一次次發(fā)生。隨著學生公寓用電需求的多樣化以及“以人為本”的管理模式，對管理提出了更高 的要求，以往的單一化人工管理用電辦法已經(jīng)不能滿足學生公寓用電管理要求了，采用現(xiàn) 代的管理工具、引進一套科學有效的管理方法，從技術(shù)上根本解決用電管理的難題已顯得 至關(guān)重要。眾所周知，集體公寓不同時段有著不同用電量的需求(如學生公寓在晚上18點到 22點是用電高峰，用電量大，白天相對用電較少，而晚上22點學生休息后，只需要夜晚照明 用電，用電量很小)，單一用電量限電器，若滿足用電高峰用電量，則不能有效限制用電量小 時間段違規(guī)電器的使用(如晚上22點學生休息后，只需要夜晚照明用電，用電量很小，學生 可能使用電熱毯等違規(guī)電器)，同樣，若能有效限制用電量小時間段違規(guī)電器的使用，則不 能滿足用電高峰用電量。單一用電量限電器不能很好控制集體公寓不同時段的用電量，不 能杜絕公寓內(nèi)的違規(guī)用電，不能消除安全隱患，不能避免意外事故的發(fā)生。集體公寓分時段 限電保護器能夠控制不同時段的用電量，在不同時段為集體公寓提供不同的用電量限制， 超過用電量設置限度切斷電源，且在30秒內(nèi)自動檢測用電量是否恢復正常，若正常恢復供 電；否則，連續(xù)自動檢測4次未恢復正常用電量，本限電保護器懲罰性自鎖，不再供電，直到 管理人員解鎖后才能恢復供電。如夜晚只提供照明用電，可對夜間用電進行有效管理，有效 防止夜間通宵玩電腦現(xiàn)象或使用電熱毯等違規(guī)電器。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種分時段限電保護器，能夠控制不同 時段的用電量，在不同時段為集體公寓提供不同的用電量限制。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案—種分時段限電保護器，該保護器包括主控電路、電源電路、復位電路、采樣電路、 執(zhí)行電路；所述電源電路、復位電路、采樣電路、執(zhí)行電路分別與主控電路連接；所述執(zhí)行 電路包括繼電器；所述限電保護器把一天的24小時分為N個時段，每個時段限制設定的電 流；所述采樣電路采集電流，所述主控電路判斷該采集的電流是否在對應時段的限制范圍 內(nèi)，若超出限定范圍則繼電器吸合，電路不導通。[0008]作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述執(zhí)行電路進一步包括與采集電路連接的N 個電壓比較器、N組分壓電路；每個電壓比較器、每組分壓電路對應一時段。作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，每組分壓電路包括一固定電阻、一可變電阻；可 通過調(diào)節(jié)可變電阻設定對應時間段的用電量最高值。作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述主控電路包括單片機、時鐘源產(chǎn)生電路；所 述復位電路為單片機的上電復位電路；所述采樣電路包括電流互感器。從電流互感器二次 側(cè)取得的電流信號經(jīng)一整流電路、濾波電路、在R18上變換成電壓取樣信號后，輸入到若干 電壓比較器的反相輸入端由電壓比較器對其進行簽幅，電壓比較器輸出端、來自單片機的 分時段控制信號與該時間段對應的與非門輸入端分別相連，當任一時間段外電路電流在限 定范圍內(nèi)，在R18上變換成的電壓小于設定的值，電壓比較器輸出高電平，來自單片機的分 時段控制信號也為高電平，該與非門輸出低電平，下一級與非門輸出高電平，緊連的反相器 輸出低電平，三極管不導通，繼電器J不吸合，外電路導通；當任一時間段外電路過流時，在 R18上變換成的電壓大于該時間段設定的值，電壓比較器輸出低電平，與之相連的與非門輸 出高電平，下一級與非門輸出低電平，反相器輸出高電平，三極管導通，繼電器J吸合，外電 路不導通。作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述限電保護器進一步包括顯示電路，該顯示 電路包括BCD-7段譯碼器、3-8譯碼器、5位共陽LED數(shù)碼管；5位共陽LED數(shù)碼管第一位數(shù) 碼管顯示現(xiàn)工作時間段，后4位數(shù)碼管分別顯示時鐘的時和分。作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述限電保護器進一步包括鍵盤電路，該鍵盤 電路包括6個按鍵，分別用來進行系統(tǒng)復位、時間調(diào)整和時間段設置。作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述限電保護器進一步包括輸出端口擴展電 路，該輸出端口擴展電路包括一 74HC374芯片，用以擴展若干輸出端口。作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，所述電源電路由兩個三端集成穩(wěn)壓塊提供穩(wěn)定 的+5V電壓、穩(wěn)定的+12V電壓。本實用新型的有益效果在于本實用新型提出的分時段限電保護器，能夠控制不 同時段的用電量，在不同時段為集體公寓提供不同的用電量限制。超過用電量設置限度自 動切斷電源，且在30秒內(nèi)自動檢測用電量是否恢復正常，若正?；謴凸╇姡环駝t，連續(xù)自動 檢測4次未恢復正常用電量，本限電保護器懲罰性自鎖，不再供電，直到管理人員解鎖后才 能恢復供電。如夜晚只提供照明用電，可對夜間用電進行有效管理，有效防止夜間通宵玩電 腦現(xiàn)象或使用電熱毯等違規(guī)電器。

圖1為本實用新型限電保護器的組成示意圖。圖2為本實用新型限電保護器系統(tǒng)硬件原理圖。圖3為采樣及執(zhí)行電路原理圖。圖4為部分電源電路原理圖。圖5為部分電源電路原理圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖詳細說明本實用新型的優(yōu)選實施例。實施例一請參閱圖1、圖2，本實用新型揭示了一種分時段限電保護器，該保護器包括主控 電路11、電源電路12、復位電路13、采樣電路14、執(zhí)行電路15、顯示電路16、鍵盤電路17 ； 所述電源電路12、復位電路13、采樣電路14、執(zhí)行電路15、顯示電路16、鍵盤電路17分別與 主控電路11連接。所述限電保護器把一天的24小時分為N個時段，每個時段限制設定的電流；所述 采樣電路采集電流，所述主控電路判斷該采集的電流是否在對應時段的限制范圍內(nèi)，若超 出限定范圍則繼電器吸合，電路不導通。所述執(zhí)行電路15包括繼電器、與采集電路連接的N 個電壓比較器、N組分壓電路；每個電壓比較器、每組分壓電路對應一時段。每組分壓電路 包括一固定電阻、一可變電阻；可通過調(diào)節(jié)可變電阻設定對應時間段的用電量最高值。以下通過一具體實現(xiàn)方式介紹各單元。請參閱圖2，IC1、C1、C2、Y1、C3、R9、S6構(gòu)成主控電路的最小系統(tǒng)。C1、C2、Y1是 單片機時鐘源產(chǎn)生電路，Y1選用11. 0592M的晶振。C3、R9是系統(tǒng)上電復位電路。S6為電 路復位按鈕。IC1選用美國ATMEL公司生產(chǎn)的與MCS-51系列單片機完全兼容的AT89C2051 芯片作為電路核心。它內(nèi)藏2K字節(jié)的可程序化Flish閃存，程序數(shù)據(jù)可保留10年以上，工 作電壓從2. 7V到6V。雖然只有20根腳但仍保有8051大部分的功能，不需外擴程序存儲 器，可直接推動LED，大大簡化了電路結(jié)構(gòu)。顯示電路由IC2、IC3、T1-T6和5位“共陽”數(shù)碼管組成。5位共陽LED數(shù)碼管第 一位用綠色數(shù)碼管，顯示現(xiàn)工作時間段，后4位用紅色數(shù)碼管分別顯示時鐘的時和分。其中 IC2為B⑶-7段譯碼器(⑶4511)，通過單片機IC1的PL 4-P1. 7將要顯示字符的B⑶碼輸 入至IC2的四個輸入端，經(jīng)IC2譯碼后，輸出相應的筆段驅(qū)動LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管顯示 采用掃描方式顯示，即在某一時刻，只有一個數(shù)碼管被點亮。由于掃描速度很快，看上去就 象所有數(shù)碼管同時點亮。采用掃描顯示方式的優(yōu)點是減少器件端口的數(shù)量。點亮數(shù)碼管的 位置信號由IC3(74HC138)輸出，IC3為3_8譯碼器，來自單片機IC1的3位數(shù)碼管位置編 碼信號，通過IC3輸出為相應的數(shù)碼管驅(qū)動信號，并通過T1-T5放大，最后驅(qū)動相應的數(shù)碼 管，使之發(fā)光。5位數(shù)碼管接至端口 JP4上，其中端口的3-7腳分別接5位數(shù)碼管的公共 陽極；8腳接數(shù)碼管的時、分分隔點腳；16-10腳接5位數(shù)碼管的段位(A、B、C、D、E、F、G)顯 示腳。由于數(shù)碼管除了七段筆段外，還有一時、分分隔點，因此，分隔點必須有另外的驅(qū)動電 路來完成，在這里，通過T6來驅(qū)動分隔點。當需要點亮分隔點時，來自單片機IC1的3位數(shù) 碼管位置編碼信號，使IC3的Y5輸出低電平就可以了。鍵盤電路由6個按鍵組成，分別用來進行系統(tǒng)復位、時間調(diào)整和時間段設置等。鍵 盤電路跟顯示電路一樣，采用掃描方式，并巧妙利用顯示時的數(shù)碼管驅(qū)動的位置信號，也就 是在顯示的同時，判斷相應按鍵的狀態(tài)。判斷的方法是在顯示某一數(shù)碼管時，判斷IC1的 P3. 7的狀態(tài)，如果P3. 7為高電平，說明沒有按鍵按下，如果P3. 7為低電平，則說明相應的按 鍵按下，這時，通過讀回IC1的P3 口中P3. 3-P3. 5的值，就可判斷是那個按鍵按下，然后調(diào) 用相應的處理程序進行處理。由于AT89C2051端口資源較少(僅有P1、P3 口)，為了增加控制通道，本實用新型
5利用1片74HC374擴展了 5個輸出端口。擴展輸出口利用顯示的間隙，將輸出數(shù)據(jù)通過擴 展芯片IC4(74HC374)鎖存輸出，從而既不影響顯示功能，也使輸出信號穩(wěn)定。擴展輸出過 程如下首先在P3 口輸出XX110XXX，IC3的9腳輸出低電平，然后將要輸出的數(shù)據(jù)寫到IC1 的P1.3-P1.7，然后在P3 口輸出XX111XXX，IC3的9腳輸出高電平，這樣，輸出數(shù)據(jù)就被鎖 存在U4的Q0-Q4中。采樣電路及執(zhí)行電路原理圖如圖3所示(以3時段限電器為例)，圖中M為電流互 感器，IC5為LM324組成3個電壓比較器，電阻R19、R20、R21分別與可變電阻R22、R23、R24 組成分壓電路，調(diào)節(jié)可變電阻R22、R23、R24可設定分壓電路取得不同的電壓值，此值與限 電器需控制的用電量對應，將它輸入到3個電壓比較器的同相輸入端，從電流互感器二次 側(cè)取得的電流信號經(jīng)一整流電路、濾波電路、在R18上變換成電壓取樣信號后，輸入到3個 電壓比較器的反相輸入端由電壓比較器對其進行簽幅，電壓比較器輸出端、來自單片機的 分時段控制信號與該時間段對應的與非門輸入端分別相連，當任一時間段外電路電流在限 定范圍內(nèi)，在R18上變換成的電壓小于設定的值，電壓比較器輸出高電平，來自單片機的分 時段控制信號也為高電平，該與非門輸出低電平，3輸入與非門IC7輸出高電平，緊連的反 相器IC8輸出低電平，T7不導通，繼電器J不吸合，外電路導通；當任一時間段外電路過流 時，在R18上變換成的電壓大于該時間段設定的值，電壓比較器輸出低電平，與之相連的與 非門輸出高電平，與非門IC7輸出低電平，反相器IC8輸出高電平，T7導通，繼電器J吸合， 外電路不導通。該高電平同時輸入到JP1的2端，申請中斷，執(zhí)行相應的限電程序，單片機 的分時段控制信號輸出為低電平，與之相連的與非門輸出高電平，與非門IC7輸出低電平， 反相器IC8輸出高電平，T7導通，繼電器吸合，外電路不導通，達到限電目的。在此期間，控 制器每隔30秒(當然也可以為其他時間間隔)輸出一高電平，同時檢測儀器故障是否排 除，若未排除，連續(xù)自動檢測4次未恢復正常用電量，本限電保護器懲罰性自鎖，不再供電， 直到管理人員解鎖后才能恢復供電。由R25、C7組成積分電路對過流時間進行檢測，短暫的 電網(wǎng)、電流波動不會弓丨起繼電器動作。單片機時鐘信號采用11.0592M晶振產(chǎn)生。電源電路分別由三端集成穩(wěn)壓塊 LM7805、LM7812提供穩(wěn)定的+5V電壓和穩(wěn)定的+12V電壓。其中12V電壓供執(zhí)行繼電器使 用，電源電路原理圖如圖4、圖5。本系統(tǒng)程序設計采用了 51系列單片機匯編語言，主要包括定時中斷服務程序、 時鐘顯示程序、鍵般掃描處理程序、檢測及時控執(zhí)行程序。程序設計的方法。定時中斷服務程序為系統(tǒng)控制提供標準時鐘，采用TO中斷方式。待顯示的時鐘位 (時、分各兩位)以壓縮BCD碼形式存放在21H-22H三個存儲單元中，待顯示時間段以壓縮 BCD碼形式存放在23H存儲單元中，低位在前，高位在后。定時中斷服務子程序按照時鐘規(guī) 律不斷涮新21H-23H三個單元的內(nèi)容。顯示子程序用來驅(qū)動顯示標準時鐘及時間段，時間顯示至分。顯示采用掃描方式，即 5只數(shù)碼管從低位到高位依次被點亮。由于掃描速度很快，看上去就象所有數(shù)碼管同時點亮。鍵盤掃描處理程序也采用掃描方式工作。時控程序采用循環(huán)調(diào)用方式，調(diào)用過程 中，檢測21H-23H三個單元的時鐘信息，若與設定的定時起控時間相符則輸出至P1 口相應管腳。綜上所述，本實用新型提出的分時段限電保護器，能夠控制不同時段的用電量，在
6不同時段為集體公寓提供不同的用電量限制。超過用電量設置限度切斷電源，且在30秒內(nèi) 自動檢測用電量是否恢復正常，若正常恢復供電；否則，連續(xù)自動檢測4次未恢復正常用電 量，本限電保護器懲罰性自鎖，不再供電，直到管理人員解鎖后才能恢復供電。如夜晚只提 供照明用電，可對夜間用電進行有效管理，有效防止夜間通宵玩電腦現(xiàn)象或使用電熱毯等 違規(guī)電器。 這里本實用新型的描述和應用是說明性的，并非想將本實用新型的范圍限制在上 述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應該清楚的是，在不脫 離本實用新型的精神或本質(zhì)特征的情況下，本實用新型可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例， 以及用其它組件、材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本實用新型范圍和精神的情況下，可以對這 里所披露的實施例進行其它變形和改變。
權(quán)利要求一種分時段限電保護器，其特征在于該保護器包括主控電路、電源電路、復位電路、采樣電路、執(zhí)行電路；所述電源電路、復位電路、采樣電路、執(zhí)行電路分別與主控電路連接；所述執(zhí)行電路包括繼電器；所述限電保護器把一天的24小時分為N個時段，每個時段限制設定的電流；所述采樣電路采集電流；所述主控電路判斷該采集的電流是否在對應時段的限制范圍內(nèi)，若超出限定范圍則繼電器吸合，電路不導通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分時段限電保護器，其特征在于所述執(zhí)行電路進一步包括與采集電路連接的N個電壓比較器、N組分壓電路；每個電壓 比較器、每組分壓電路對應一時段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分時段限電保護器，其特征在于每組分壓電路包括一固定電阻、一可變電阻；可通過調(diào)節(jié)可變電阻設定對應時間段的 用電量最高值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分時段限電保護器，其特征在于所述主控電路包括單片機、時鐘源產(chǎn)生電路；所述復位電路為單片機的上電復位電路； 所述采樣電路包括電流互感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分時段限電保護器，其特征在于所述電流互感器二次側(cè)取得的電流信號經(jīng)一整流電路、濾波電路、在R18上變換成電 壓取樣信號后，輸入到若干電壓比較器的反相輸入端由電壓比較器對其進行簽幅，電壓比 較器輸出端、來自單片機的分時段控制信號與該時間段對應的與非門輸入端分別相連，當 任一時間段外電路電流在限定范圍內(nèi)，在R18上變換成的電壓小于設定的值，電壓比較器 輸出高電平，來自單片機的分時段控制信號也為高電平，該與非門輸出低電平，下一級與非 門輸出高電平，緊連的反相器輸出低電平，三極管不導通，繼電器J不吸合，外電路導通；當 任一時間段外電路過流時，在R18上變換成的電壓大于該時間段設定的值，電壓比較器輸 出低電平，與之相連的與非門輸出高電平，下一級與非門輸出低電平，反相器輸出高電平， 三極管導通，繼電器J吸合，外電路不導通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分時段限電保護器，其特征在于所述限電保護器進一步包括顯示電路，該顯示電路包括BCD-7段譯碼器、3-8譯碼器、5 位共陽LED數(shù)碼管；5位共陽LED數(shù)碼管第一位數(shù)碼管顯示現(xiàn)工作時間段，后4位數(shù)碼管分別顯示時鐘的時 和分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分時段限電保護器，其特征在于所述限電保護器進一步包括鍵盤電路，該鍵盤電路包括6個按鍵，分別用來進行系統(tǒng) 復位、時間調(diào)整和時間段設置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分時段限電保護器，其特征在于所述限電保護器進一步包括輸出端口擴展電路，該輸出端口擴展電路包括一 74HC374 芯片，用以擴展若干輸出端口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分時段限電保護器，其特征在于所述電源電路由兩個三端集成穩(wěn)壓塊提供穩(wěn)定的+5V電壓、穩(wěn)定的+12V電壓。
專利摘要本實用新型揭示一種分時段限電保護器，該保護器包括主控電路、電源電路、復位電路、采樣電路、執(zhí)行電路；所述電源電路、復位電路、采樣電路、執(zhí)行電路分別與主控電路連接；所述執(zhí)行電路包括繼電器；所述限電保護器把一天的24小時分為N個時段，每個時段限制設定的電流；所述采樣電路采集電流，所述主控電路判斷該采集的電流是否在對應時段的限制范圍內(nèi)，若超出限定范圍則繼電器吸合，電路不導通。本實用新型提出的分時段限電保護器，能夠控制不同時段的用電量，在不同時段為集體公寓提供不同的用電量限制。
文檔編號H02H3/07GK201639258SQ20092028703
公開日2010年11月17日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者葉國良, 楊黨強, 楊立松 申請人:上海電機學院